Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Cet article décrit les rôles fondamentaux du coke dans le haut-fourneau : support mécanique de la charge, agent de perméabilité, régénérateur du gaz réducteur CO et production d’énergie aux tuyères. La résistance mécanique est l’un des rôles prépondérants. Les mécanismes de dégradation mécanique du coke sont présentés ainsi que leurs conséquences sur la marche du haut fourneau. L’importance de la stabilisation mécanique du coke entre la cokerie et le haut fourneau est également largement décrite. La gazéification partielle du coke par le CO2 (qui consomme 35 à 40 % du coke chargé) fait l’objet d’un essai normalisé (test CSR) décrit dans l’article. L’importance de l’indice CSR du coke sur la marche du haut fourneau est mise en évidence sur des données de marche de hauts fourneaux.
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This article presents the fundamental roles of coke in a blast furnace: mechanical support of the charge, permeability agent, regenerator of reducing gas CO and production of energy at the tuyeres. Mechanical strength is a major issue. Mechanisms of mechanical coke degradation and its consequences for blast furnace operation are described in detail. The importance of mechanical stabilisation of coke between the coking plant and the blast furnace is emphasised. Partial gasification of coke by CO2 (35?40% of charged coke) is characterised by a standardised test (CSR test), which is described in the article. The importance of the coke CSR index for blast furnace operation is highlighted, with examples of blast furnace operational data.
Auteur(s)
-
Daniel ISLER : Directeur adjoint du Centre de Pyrolyse de Marienau, - Responsable des Recherches, - Centre de Pyrolyse de Marienau, Parc d’activités Forbach Ouest, Forbach, France
INTRODUCTION
La valeur d'usage d'un coke métallurgique pour le haut-fourneau résulte à la fois de ses propriétés mécaniques, chimiques et physico-chimiques.
La consommation du coke dans le haut-fourneau peut varier significativement en fonction de sa qualité et la marche du haut-fourneau peut être grandement affectée par un coke de mauvaise qualité. La fabrication de coke métallurgique est onéreuse : les charbons à coke sont plus chers que les charbons d’injection et une cokerie représente un investissement très élevé amorti sur une durée très longue avec un coût de maintenance élevé. Aujourd’hui, l’espérance de vie d’une batterie de fours à coke moderne est de 50 ans, moyennant une maintenance suivie et des travaux de rénovation partielle des cellules de fours.
Un coke mécaniquement résistant à froid et après gazéification partielle par le CO2 à haute température (par la réaction de Boudouard) permettra un taux d’injection élevé de charbon pulvérisé aux tuyères du haut-fourneau (plus de 200 kg/t de fonte) et une faible consommation de coke (moins de 300 kg/t de fonte). Globalement, le taux de réducteur charbon d’injection + coke sera inférieur quand le coke possède une résistance mécanique élevée à froid et à chaud après gazéification partielle.
Après une description succincte des rôles du coke dans le haut-fourneau, l’article insiste sur l’importance primordiale de la stabilité granulométrique du coke soumis à des contraintes mécaniques entre la cokerie et le haut-fourneau. Le coke chargé doit impérativement être mécaniquement stabilisé pour une bonne perméabilité du haut-fourneau.
Les propriétés thermochimiques, en particulier la réaction de Boudouard, sont mesurées par des essais de laboratoire. Un test a été normalisé ISO, il y a une dizaine d’années, à partir d’un essai développé au Japon (test CSR) dans les années 80. Cet essai est présenté dans l’article et l’indice CSR du coke mis en corrélation avec les paramètres de marche des hauts-fourneaux. Aujourd’hui, il est communément admis qu’un fort taux d’injection de charbon pulvérisé aux tuyères ne peut être atteint que si le CSR du coke est élevé. Les corrélations présentées dans l’article le mettront en évidence.
La fabrication du coke fait l'objet d'un article spécifique [M 7 340].
Un glossaire des termes utilisés et un tableau de sigles sont présentés en fin d'article.
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MOTS-CLÉS
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coke owens | blast furnace | blast furnace coke
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Emplois du coke métallurgique
En anglais
1. Propriétés du coke métallurgique
1.1 Rôles du coke métallurgique
Le fonctionnement théorique et pratique du haut-fourneau fait l'objet d'articles spécialisés [M 7 400] [M 7 411], la fabrication du coke celui de l'article [M 7 340] tous dans le présent traité.
Le coke remplit trois rôles principaux dans le haut-fourneau :
-
rôle mécanique : restant le seul solide permanent dans le haut-fourneau, le coke est l'élément qui assure la perméabilité aux gaz et aux liquides de la charge. Sa résistance aux diverses sollicitations auxquelles il est soumis dans la traversée de l'appareil est un paramètre fondamental de la bonne marche du haut-fourneau ;
-
rôle chimique : dans la zone supérieure, le coke réagit avec le gaz carbonique selon la réaction :
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L'apparition de cette réaction très endothermique fixe la température de la zone de réserve thermique (température de début de gazéification du coke) et produit le monoxyde de carbone nécessaire à la réduction des oxydes de fer supérieurs (Fe2O3, Fe3O4). À température plus élevée (environ 1 200 °C),...
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Propriétés du coke métallurgique
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - The Lump size of coke and factors determining it. - Part. I : BCRA Quaterly, n° 24, juil. 1989 ; part. II : BCRA Quaterly, n° 25, oct. 1989 ; part. III : BCRA Quaterly, n° 26 (janv. 1990).
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(2) - SANNA (D.), PAOLETTI (R.) - Synthèse des études effectuées à l'ATS sur la dégradation et les essais mécaniques des cokes. - CIT, n° 6, CDS (1975).
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(3) - PAOLETTI (R.) - Contribution à l'étude de la dégradation mécanique du coke. - CIT, n° 5, CDS (1975).
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(4) - ECHTERHOFF (H.) - Untersuchungen über die Koksfestigkeitsprüfung bei höhere Temperaturen. - Stahl und Eisen, 20, p. 992 (juil. 1961).
-
(5) - JEULIN (D.), STEILER (J.M.) - Caractérisation du comportement mécanique du coke à température ambiante. - Revue de métallurgie (fév. 1983).
-
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Combustibles minéraux solides. Détermination de l'indice de matières volatiles du charbon et du coke. - NF M03-004 - (février 2003)
-
Combustibles minéraux solides. Dosage de l'azote. - NF M03-018 - (janvier 2003)
-
Analyse granulométrique du coke. - NF M03-021 - (août 1967)
-
Combustibles minéraux solides. Détermination de l'humidité du coke. - NF M03-028 - (janvier 2003)
-
Combustibles minéraux solides. Détermination de la fusibilité des cendres. - NF M03-048 - (juin 2000)
-
Combustibles minéraux solides. Calcul de la teneur en oxygène par différence. - NF M03-051 - (décembre 2002)
-
Charbon. Détermination de la teneur en différentes formes de soufre. - NF ISO 157 - (mai 1996)
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Coke...
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